[发明专利]具有突出三次空间谐波的轴对称周期永磁聚焦系统

说明书

本发明公开了一种具有突出三次空间谐波的轴对称周期永磁聚焦系统，包括多个长度为L的永磁聚焦单元，每个永磁聚焦单元从左至右依次包括：第一磁极(1)；第一永磁体(2)，该第一永磁体(2)的N极连接于所述第一磁极(1)；第二磁极(3)，该第二磁极(3)连接所述第一永磁体(2)的S极；以及第二永磁体(4)，该第二永磁体(4)的S极连接于所述第二磁极(3)。本发明提出的一种具有突出三次空间谐波的轴对称周期永磁聚焦系统，在不缩小周期永磁聚焦系统的周期L的条件下，达到所需的峰值轴向磁场强度B_m，同时利用周期永磁聚焦系统在轴线上的磁场分布的三次空间谐波抑制了电子注半径的波动，达到了维持电子注稳定通过目的。

技术领域

本发明属于真空电子学领域，具体涉及一种具有突出三次空间谐波的轴对称周期永磁聚焦系统，能够更为有效地为行波管、返波管和分布作用速调管等真空电子器件维持稳定传输的电子注。

背景技术

行波管、返波管和分布作用速调管等真空电子器件均需要一个或多个能够稳定传输的电子注，电子注的维持系统也称为电子注的聚焦系统或电子注的电子光学系统。在没有电子注维持系统的情况下，电子注内部的电子之间存在库仑排斥力，因此会导致电子注逐渐分散，因而不能稳定传输。电子注维持系统可以在电子注通过的空间区域内施加适当的静电场或静磁场，从而在电子注上施加恰当的电场力或磁场力，以抵消电子之间的库仑排斥力，达到使电子注稳定传输的目的。其中，能够施加静电场的电子注维持系统叫做电聚焦系统，能够施加静磁场的电子注维持系统叫做磁聚焦系统。而在行波管、返波管和分布作用速调管等真空电子器件，多数情况下采用磁聚焦系统。

磁聚焦系统又分为两种：一种利用直流电流产生磁场，所以叫做线包磁聚焦系统；另一种利用永磁体产生磁场，因此称为永磁聚焦系统。其中，永磁聚焦系统又分为非周期永磁聚焦系统和周期永磁聚焦系统两种：非周期永磁聚焦系统在电子注通道中施加一个磁场方向与电子注通道平行，且磁场强度均匀的磁场；周期永磁聚焦系统则在电子注通道中施加一个磁场方向与电子注通道平行，但磁场强度在电子运动方向上周期变化的周期磁场。非周期永磁聚焦系统的特点是电子注半径的波动较小，但其体积较大。而周期永磁聚焦系统的体积较小，但又不可避免地造成了较大的电子注半径的波动。根据现有的公识，当周期永磁聚焦系统在轴线上的磁场强度满足正弦函数分布时，电子注半径的波动最小。这时，周期永磁聚焦系统在轴线上的轴向磁感应强度分布B(z)可由如下公式表示：

B(z)＝B_msin(2πz/L) (1)

其中，L为周期永磁聚焦系统的周期长度；B_m是周期永磁聚焦系统在轴线上的峰值轴向磁感应强度；z为周期永磁聚焦系统在轴线上的坐标。

此时，电子注半径的变化满足马修方程。根据马修方程，电子注半径波动γ与磁屏蔽系数与电子注半径压缩系数之积K和电子注跨越长度与周期磁聚焦系统的周期长度之比μ有关，当μ保持为常数时，γ随着K的增大而增大；当K保持为常数时，γ随着μ的增大而减小。

首先参数K的定义如下：

其中，B_K和B_b分别为阴极处的轴向磁感应强度和布里渊磁场强度；r_K和r₀分别为阴极半径和电子注进入周期永磁聚焦系统后的平均半径。

布里渊磁场强度B_b是一个由电子注参数决定的常数：

其中，V0和I0分别是电子注的电压和电流。

另一个参数μ的定义如下：

其中，λp为电子注的跨越长度，λp数值越大，意味着电子注跨越磁场翻转的能力也越强，也是一个由电子注参数决定了的常数：